Cette thèse étudie l'amplification<br />d'une image par un processus paramétrique. Réaliser cette<br />amplification de manière continue nécessite de placer le milieu<br />paramétrique dans une cavité optique. En théorie, cette<br />amplification est sans bruit, et permet de générer des états<br />non-classiques du champ.<br /><br />On étudie tout d'abord classiquement la propagation d'une image<br />dans un système paraxial, puis les cavités dégénérées<br />transversalement. On en déduit un formalisme permettant de décrire<br />la transmission d'une image à travers une cavité paraxiale<br />quelconque. Ce formalisme est illustré par l'étude théorique et<br />expérimentale de la transmission d'une image à travers une cavité<br />particulière : la cavité hémi-confocale. Une partie théorique<br />s'intéresse ensuite aux spécificités de l'amplification d'image.<br />L'amplificateur paramétrique en cavité sous le seuil<br />d'oscillation, connu pour générer du vide comprimé, peut également<br />amplifier un faible signal injecté. On montre l'apparition de<br />bruit supplémentaire sur le signal amplifié, spécifique à<br />l'amplification, dû au couplage au bruit de la pompe. On étudie<br />ensuite du point de vue quantique le comportement multimode<br />transverse d'un amplificateur paramétrique optique en cavité<br />hémi-confocale.<br /><br />Enfin, une partie expérimentale étudie le comportement d'un<br />oscillateur paramétrique optique confocal au dessus du seuil et on<br />prouve qu'il produit des faisceaux non-classiques multimodes<br />transverses. On montre ensuite qu'il est possible d'amplifier de<br />manière sensible à la phase un signal dans cette même cavité sous<br />le seuil d'oscillation. Dans une seconde expérience en<br />configuration de double cavité hémi-confocale, plus stable, on<br />réalise la première amplification paramétrique multimode d'une<br />image en cavité.

Dans ce mémoire, nous présentons d'une part la réalisation expérimentale d'une mesure quantique non destructive (qnd) en optique et, d'autre part, la contribution apportée a des expériences futures de piège dipolaire optique et d'électrodynamique quantique en cavité en régime de couplage fort. L'objectif d'un dispositif de mesure qnd est de contrôler l'action en retour imposée par la mécanique quantique, qui se produit sur un système soumis a une mesure. Il est en effet possible de rejeter cette perturbation entièrement sur l'observable conjuguée de celle mesurée, laissant celle-ci inchangée. Dans le domaine de l'optique, il s'agit de l'amplitude et de la phase du champ electromagnetique. L'expérience réalisée utilise le couplage par effet kerr croise de deux faisceaux lasers dans un milieu non-lineaire. Ce milieu est compose d'un piège magneto-optique de rubidium place dans une cavité optique doublement résonnante. La structure a trois niveaux en lambda que nous avons retenue permet de coupler l'intensité du faisceau signal a la phase du faisceau mesure. Nous présentons également une comparaison entre les résultats expérimentaux obtenus et les prédictions théoriques d'un modèle d'atomes a trois niveaux. L'accord est très satisfaisant et cette expérience détient, a ce jour, le record mondial d'efficacité qnd. En dernier lieu, nous envisageons une nouvelle série d'expérience qui a pour but, dans un premier temps, de piéger des atomes grâce a la force dipolaire optique résultant d'un fort gradient d'intensité laser ; et, dans un second temps, d'observer des phénomènes spécifiques au régime d'électrodynamique quantique en cavité en régime de couplage fort. Les travaux préliminaires présentés ici, concerne la conception optique d'un objectif et d'une cavite de tres grande ouverture numérique, qui ont été montes, règles et caractérisés. La réalisation de ce système optique laisse présager des perspectives d'expériences originales et non réalisées a ce jour, dans le domaine des longueurs d'ondes optiques.

Ce travail est consacré à l'étude des propriétés des polaritons, particules mi-lumière mi-matière, en microcavité semi-conductrice. Leur caractère bosonique autorise l'accès à des régimes de cohérence macroscopique tels la condensation de Bose-Einstein et la superfl uidité que nous avons démontrée expérimentalement. Nous avons également développé une technique permettant de modifier optiquement l'environnement polaritonique par création de défauts arti ficiels, ce qui facilite l'obtention de comportements particuliers du fluide polaritonique comme la turbulence. Les fortes interactions dépendantes du spin entre ces particules, alliées à des vitesses de propagation très élevées du fait de leur composante photonique, nous ont permis de réaliser un interrupteur performant contrôlé optiquement, codé en polarisation et en intensité. Nous avons également réussi à manipuler la distribution spatiale en spin d'un faisceau de polaritons, et notamment à confi ner des états de spin pur sur des zones de quelques microns. Le phénomène de bistabilité présent dans le système nous a amené à reconsidérer le signe de la constante d'interaction entre polaritons de spin opposés. En fin, en régime d'oscillation paramétrique par mélange à quatre ondes, nous avons poursuivi l'étude de génération de photons jumeaux grâce à des mesures de corrélations et des analyses en bruit de la distribution modale transverse, dans diff érents types de cavités planaires puis dans des micropiliers (0D).